コンデンサーと導線

Question

コンデンサーの極板も導線も、共に金属なのに、電池をつないだとき、
コンデンサーは充電することができる一方で、
つながっていない導線は充電できないのはなぜでしょうか？

回答よろしくお願いします。

semikuma · Accepted Answer

> 導線の容量ではほとんど充電できないからだったんですね。

ん～～、言ってる意味は同じですが、言葉の上では間違いです。
「導線の容量が小さすぎて、あっという間に充電されてしまう」
が正しい表現ですね。

ここで言う「充電」とは、容量一杯まで電荷が蓄えられることを言います。
導線の先につながれているのがコンデンサでも何でも、電源がつながったとき(電圧が変化したとき)は、先ず導線を電源の側から徐々に(といっても光の速さで)充電してから、その先へ電気が流れる、というのが物理的に正しい描像です。

従って、電源電圧がGHz以上のオーダーですばやく変化したときは、No.3のように、たとえ長さ数cmの導線でも容量を考慮する必要があります。

rnakamra · Answer

充電できますよ。
ただし、とてつもなく容量が小さいですけど。

これが送電線ぐらいのスケールになると1km当たり?μF位の大きさの容量を持つようになります。

通常のコンデンサは対向面積を可能な限り大きく、極板間距離を可能な限り小さくすることで大きな容量を持ちます。
線同士の距離がcmオーダーともなると容量はどうしても小さくなってしまいます。

ただ、数百MHz以上の高速な信号を取り扱う場合は配線の持つ容量やインダクタンスすら影響を持つようになってしまいます。
コンデンサのアドミッタンスの大きさはCωであり、Cが小さくてもωが大きければ影響が現れるのです。

semikuma · Answer

No.1とほとんど重なりますが、多分コンデンサーの構造と原理をご存知ないものと思います。
コンデンサは基本的に2枚の電極が向き合った構造であり、間には誘電体(絶縁体)が挟まれています。

金属だけでも、或いは金属同士を接近させただけでもある程度の容量がありますが、普通の測定器では観測できないほど小さなものです。
コンデンサでは特に容量を大きくするために、広い電極同士を狭い間隔で並べています。
高校の物理で習うように、コンデンサの電極間の間隔が小さいほど容量は大きくなります。
誘電体は空気の場合もありますが、容量を大きくするために、誘電率の大きい物質を利用します。

電池などの直流電源をつないだとき、2枚の電極間には(誘電体＝絶縁体が挟まれているので)導通はありませんが、間の誘電体が分極します。
つまり誘電体分子の電子が正電極側に偏って負に帯電し、反対の負電極側は正に帯電します。
誘電体中には分子は多数あり、これは見方によっては、電極間隔の狭いコンデンサをいくつも直列につないだ状態なので、空気を挟んだものよりも容量が格段に大きくなります。
従ってコンデンサには、観測に掛かるほどの充電が可能となります。

sinisorsa · Answer

補足です。
導体があれば、それに電荷が与えられると周りに電界ができ、
電位を持ちます。与えた電荷と電位の関係から、その導体は静電容量
を持ちます。すなわち、電位を与えれば、電荷がたまります。
これは、電磁気学的な説明です。
電気回路（集中定数回路）では、理論的には、コンデンサとか
インダクタンスとか抵抗とかの素子は大きさを持ちません。また、
つないでいる線は長さは０です。
このような理想的状態であるとして、解析が行われます。
実際の回路で、線の長さが長く、無視できないときには、その部分
に素子があるものとして、扱います。
状況に応じて、回路のモデルを設定しなければならないということです。
現実の回路と回路モデルの相違を理解してください。
無視した静電容量を考慮に入れないと、現実と合わなければ、モデルを
変更しなければなりません。扱う周波数が高くなるときなど、
線の静電容量を考慮に入れないといけない状況がよくおこります。

コンデンサーと導線

充電できますよ。

No.1とほとんど重なりますが、多分コンデンサーの構造と原理をご存知ないものと思います。

補足です。

> 導線の容量ではほとんど充電できないからだったんですね。

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